Лекция 1. Кроссплатформенная разработка ПО.

Основы кроссплатформенной разработки ПО

Спецкурс для специальности "Программная инженерия"

Димитров Вячеслав Михайлович, старший преподаватель кафедры ИМО, dimitrov@cs.petrsu.ru

Структура курса

Страница курса: http://kappa.cs.petrsu.ru/~dimitrov/cross2021/
7 лекций
5 лабораторных работ: 4 обязательных и одна на самостоятельное изучение
Зачет: сдать 4 лабораторные работы.

Лабораторные работы

Одно приложение (JSON редактор).
Можно придумать свое: графический интерфейс, работа с сетью, работа с файловой системой.
Разные языки и платформы: Java, Qt, Python, ElectronJS, React Native (Mobile)
Демонстрация 1-4 под две платформы: Linux, Windows
Демонстрация 5 под Android

Литература и ссылки

React Native Build native mobile apps using JavaScript and React URL: https://facebook.github.io/react-native/
Node.js URL: https://nodejs.org/
Build cross platform desktop apps with JavaScript, HTML, and CSS URL: https://electronjs.org/
Enyo JavaScript Application Framework URL: https://enyojs.com/

Определение

Кроссплатформенное ПО - ПО, которое работает на более чем одной платформе или операционной системе с возможностью перекомпиляции, но без изменения исходного кода.

Технологии обеспечения кроссплатформенной поддержки

Виртуальная машина

Реализует специфику платформы, но при этом позволяет транслировать программу в свой внутренний формат и запускать приложение под платформу.

Пример: Java Virtual Machine, Parrot.

Кроссплатформеная библиотека

Реализует множество возможностей, и позволяет писать код без адаптации к системе (системозависимые части реализуются на уровне библиотеки).

Пример: Qt и Boost.

Web-Технологии

Разработка с помощью HTML, CSS и javascript на готовом визуализаторе одного из браузеров.

Пример: Electron, Enyo

Мобильная разработка

Разработка единой кодовой базы для платформ с последующей компиляцией и созданием приложений под каждую отдельную платформу (Android, iOS, Windows Phone).

Пример: React Native

Java

Текущая версия 14
Java Runtime Enviroment (JVM + java, выполнение программ)
Java Development Kit (JRE + средства компиляции и отладки)
Проект OpenJDK - исходный код JRE/JDK
Сборки и сертификация.

Java

Один из поставщиков и сборщиков JRE/JDK - Oracle.
Сборка OpenJDK от Oracle (обновления прекращаются как только выходит новая версия).
OracleJDK, бесплатно на этапе разработки, платно в рабочей среде.
Сборка AdoptOpenJDK: длительная поддержка, выбор JVM.

JVM

Запускать приложения на Java.
Управлять и оптимизировать память.
Реализации: HotSpot, OpenJ9.
Scala, Groovy и Kotlin

Cтруктура class файла

Магическое число 0xCAFEBABE - JVM понимает, что это class файл
4 байта - версия Java
Массив констант. 14 типов констант (класс, метод, строка, целое число и т. д.).
Флаги доступа (интерфейс/класс, общедоступный/абстрактный, финальный).
Список полей (массив структур с полем, типом, значением (финальное)).

package ru.petrsu.cross;

public class HelloWorld {

	public static void main(String[] args) {
		say("Hello");
		say("World!");
	}

	public static void say(String str) {
		System.out.println(str);
	}
}

$ javac HelloWorld.java
$ javap -c HelloWorld

Compiled from "HelloWorld.java"
public class ru.petrsu.cross.HelloWorld {
  public ru.petrsu.cross.HelloWorld();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: ldc           #2                  // String Hello
       2: invokestatic  #3                  // Method say:(Ljava/lang/String;)V
       5: ldc           #4                  // String World!
       7: invokestatic  #3                  // Method say:(Ljava/lang/String;)V
      10: return

  public static void say(java.lang.String);
    Code:
       0: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       7: return
}

Загрузка класса

Bootstrap - базовый загрузчик, загружает классы платформы.
Extension classloader - загружает из jre/lib/ext.
AppClassLoader - загружает из -classpath.
Собственный загрузчик классов (динамические плагины).

Линковка класса

Верификация байт-кода.
Выделение памяти под статические поля и их инициализация.
Разрешение символьных ссылок.
Выполнение методов классов.

Инструкции JVM

Инструкция - один байт кода операции (байт код).
Код операции - действие.
~200 операций.
7 примитивных типов данных.

Вызов методов

Методы экземпляров.
Методы классов (статические).
Методы экземпляра используют динамическое (позднее) связывание
Методы класса используют статическое (раннее) связывание.
Инструкции invokevirtual и invokestatic.

Управление памятью: традиционный подход

Явное выделение памяти программистом для объекта.
Обращение к объекту по сохраненному указателю.
Явное удаление объекта
Две проблемы: висячие ссылки и утечка памяти.

Управление памятью: java

При запуске JVM создается куча.
Во время выполнения может менять размеры.
Все созданные объекты находятся в куче.
Когда куча заполнена происходит сборка мусора.

Управление памятью: java

Сборка мусора - процесс освобождения места в куче.
Гарантируется, что удаляются только недоступные из выполняемого кода объекты.
Объекту присвоена null или он инициализирован другим объектом.

Управление памятью: стек.

Для каждого потока используется свой стек.
Предел размера стека определен операционной системой
Хранит примитивы и ссылки на объекты
Работает по схеме последним вошел, первым вышел (LIFO)
Память стека существует пока выполняется текущий метод
Обращение к памяти стека происходит значительно быстрее, чем к памяти кучи
Автоматически выделяется и освобождается, когда метод вызывается и завершается соответственно

Управление памятью. Куча.

Пространство кучи является общим для всего приложения
Размер кучи не ограничен
Все созданные объекты хранятся в куче
Пространство кучи существует пока работает приложение
Медленнее, чем стек
Память в куче выделяется, когда создается новый объект и освобождается сборщиком мусора, когда в приложении не остается ни одной ссылки на его

Java 8

Лямбды
Коллекции и потоки

Java 8. Лямбды

Runnable runnable = new Runnable(){
       @Override
       public void run(){
         System.out.println("Hello world !");
       }
     };

Java 8. Лямбды

Runnable runnable = () -> System.out.println("Hello world two!");

Java 8. Коллекции

List list = Arrays.asList("franz", "ferdinand", "fiel", "vom", "pferd");
list.stream()
    .filter(name -> name.startsWith("f"))
    .map(String::toUpperCase)
    .sorted()
    .forEach(System.out::println);

Java 9

Дополнительные методы для создания коллекций (List.of, Set.of, Map.of)
Дополнительные методы для коллекций
Options, ifPresentOrElse
В интерфейсы добавлены private методы
jShell - оболочка для простых команд
Свой HTTPClient (раньше Apache HttpClient или OkHttp). Preview.

Java 10

Переменная var (все еще строго типизированный). Только внутри методы.

Java 11

Несколько новых методов для String (isBlank, lines, strip и др.)
Запустить исходные файлы
Вывод типа локальной переменной (var) для лямбда-параметров
HTTPClient в окончательной версии.
Сборщик мусора No-Op

Java 13

Новый switch.
Многострочные строки (preview).

Java 13. Какой был switch

switch(status) {
  case SUBSCRIBER:
    // code block
    break;
  case FREE_TRIAL:
    // code block
    break;
  default:
    // code block
}

Java 13. Какой стал switch

boolean result = switch (status) {
    case SUBSCRIBER -> true;
    case FREE_TRIAL -> false;
    default -> throw new IllegalArgumentException("something is murky!");
};